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基于复合势垒层的凹槽二次外延p型栅常关型GaN基HEMT研究

批准号:
61874131
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
周宇
学科分类:
半导体电子器件与集成
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘建勋、高宏伟、黄应南、孙秀建、戴淑君、何俊蕾、钟耀宗、苏帅

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项目成果

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中文摘要
基于p型栅的常关型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有独特优势和重要应用前景。常规方法采用基于单势垒层的异质结构,通过干法刻蚀形成p型栅,难以实现器件常关性能与导通特性的同时优化。在前期工作基础上,本项目提出基于双Al组分复合势垒层的新型异质结构,采用自主研发的含氧等离子体刻蚀自终止技术,实现凹槽栅的可控制备,进一步通过整面二次外延生长p型层与非栅极区域p型层的选择性刻蚀相结合的方案,构筑兼具高关态性能、高导通特性的器件结构,研制高性能常关型HEMT。具体围绕复合势垒层中的极化与能带结构调控、凹槽区域p型层二次外延生长动力学、Mg掺杂及缺陷/界面态与器件性能的关联规律等关键科学问题,重点研究复合势垒层的异质结构设计与生长、高质量p型栅的凹槽二次外延及其对器件性能的影响机制等,目标实现兼具高阈值电压、大栅压摆幅、低导通电阻、及优良动态特性的常关型GaN基HEMT。
英文摘要
GaN-based normally-off high-electron-mobility transistor (HEMT) with a p-type gate has emerged as a promising candidate for applications in power electronics. However, it is challenging to achieve a high threshold voltage and a low on-resistance simultaneously with a conventional method, in which a single AlGaN barrier is used in the heterostructure and the p-GaN gate is formed by dry etching. On the basis of our previous work, we propose a novel heterostructure with double AlGaN barriers combined with a precise and uniform fabrication of recessed gates through a self-terminated etching process. Furthermore, p-GaN planar regrowth followed by a selective etching of the non-gate region p-GaN will be adopted for the construction of high-performance normally-off HEMTs. This project will focus on the design and growth of the composite heterostructure with an engineered control of polarization and band structure, the regrowth dynamics of p-GaN layer in the recessed region, and their influences on the device performance. The goal of this project is to develop high-performance normally-off GaN-based HEMTs featuring a high threshold voltage, a large gate swing, a low on-resistance, and great dynamic characteristics.
基于p型栅的常关型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有独特优势和重要应用前景。常规方法采用基于单势垒层的异质结构,通过干法刻蚀形成p型栅,难以实现器件常关性能与导通特性的同时优化。在前期工作基础上,本项目采用自主研发的含氧等离子体刻蚀自终止技术,实现了凹槽栅的可控制备,进一步通过整面二次外延生长p型层与非栅极区域p型层的选择性刻蚀相结合的方案,构筑兼具高关态性能、高导通特性的器件结构,最终研制出高性能常关型HEMT,器件阈值电压达到1.7 V @ 10 μA/mm,开关比达到5E10,器件导通电阻达到8.5 Ω∙mm,动态电阻达到1.5。此外,项目创新采用复合势垒层外延结构,通过MOCVD热分解技术,实现了栅极凹槽结构的可靠制备,成功制备MIS-HEMT,器件栅极界面态密度低至~1E11 eV-1·cm-2.. 本项目具体围绕复合势垒层中的极化与能带结构调控、凹槽区域p型层二次外延生长动力学、Mg掺杂及缺陷/界面态与器件性能的关联规律等关键科学问题,重点研究了复合势垒层的异质结构设计与生长、高质量p型栅的凹槽二次外延及其对器件性能的影响机制等,最终实现研制兼具高阈值电压、大栅压摆幅、低导通电阻、及优良动态特性的常关型GaN基HEMT的目标。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Determination of carbon-related trap energy level in (Al)GaN buffers for high electron mobility transistors through a room-temperature approach
通过室温方法确定高电子迁移率晶体管的 (Al)GaN 缓冲器中与碳相关的陷阱能级
DOI: 10.1063/5.0031029
发表时间: 2020-12-28
期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子: 4
作者: [Chen, Xin, Zhong, Yaozong, Yang, Hui]
通讯作者: Yang, Hui
Influence of Mg doping level at the initial growth stage on the gate reliability of p-GaN gate HEMTs
生长初期Mg掺杂水平对p-GaN栅极HEMT栅极可靠性的影响
DOI: 10.1088/1361-6463/ac761b
发表时间: 2022-06
期刊: Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子: --
作者: [Yijin Guo, Haodong Wang, Xin Chen, Hongwei Gao, Fangqing Li, Yaozong Zhong, Yu Zhou, Qian Li, Wenbo Li, Qian Sun, Hui Yang]
通讯作者: Hui Yang
A p-GaN-Gated Hybrid Anode Lateral Diode with a Thicker AlGaN Barrier Layer
具有较厚 AlGaN 势垒层的 p-GaN 栅极混合阳极横向二极管
DOI: 10.1002/pssa.201900781
发表时间: 2020
期刊: Phys. Status Solidi A
影响因子: --
作者: [Shuai Su, Yaozong Zhong, Yu Zhou, Hongwei Gao, Xiaoning Zhan, Xin Chen, Xiaolu Guo, Qian Sun, Zihui Zhang, Wengang Bi, Hui Yang]
通讯作者: Hui Yang
DOI: 10.35848/1882-0786/ac279c
发表时间: 2021-09
期刊: Applied Physics Express
影响因子: 2.3
作者: [Xin Chen;Y. Zhong;Xiaolu Guo;Shumeng Yan;Yu Zhou;Shuai Su;Hongwei Gao;Xiaoning Zhan;Zihui Zhang;W. Bi;Qian Sun;Hui Yang]
通讯作者: Xin Chen;Y. Zhong;Xiaolu Guo;Shumeng Yan;Yu Zhou;Shuai Su;Hongwei Gao;Xiaoning Zhan;Zihui Zhang;W. Bi;Qian Sun;Hui Yang
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    硅衬底上基于超薄AlInN势垒层的HEMT外延生长研究
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